青少年接受质子放射治疗的交互式虚拟现实之旅:概念验证研究

简介

一个放射治疗疗程包括一个模拟疗程，随后是10至35个每日放射疗程。每个治疗疗程可能持续30至90分钟，这取决于治疗的设置和实施。放射治疗方案是根据每个病人的情况精心设计的。

患者必须放置在相同的位置，并保持完全静止，以确保辐射束瞄准达到最高精度。许多儿童需要一个固定装置，通常是一个单独成型的塑料外壳，紧紧地盖在脸上。对于年幼或焦虑的儿童，通常需要镇静或全身麻醉，而青少年和年龄较大的儿童则可接受放射治疗而无需全身麻醉[1-3.］．

接受未经全身麻醉的放射治疗的人士，常与儿童生活专家合作，了解放射治疗及其步骤，并制定应付策略[4］．患者面临的挑战之一是了解放射治疗设施。由于与放射治疗计划和患者的可用性冲突，参观设施可能不可行。许多患者通过观看视频或照片了解放射治疗设施。

虚拟现实技术越来越多地被消费者用于内容的开发和交付。Oculus是虚拟现实消费设备(如Oculus Rift)的领先开发商之一。Oculus于2016年4月发布了首款消费类设备[5］．三星还为Galaxy手机等移动设备推出了虚拟现实平台。在未来的几个月和几年里，虚拟现实技术将随着新设备不断发展。虚拟现实在医疗保健领域的应用正在蓬勃发展。已经开发和研究了用于评估和治疗焦虑、疼痛和其他疾病的应用[6-11］．对于消费者和开发者来说，虚拟现实技术的消费市场正变得越来越容易进入。然而，虚拟现实也有自己的问题。虚拟现实的主要限制之一是用户可能会头晕、晕动病、恶心或呕吐。12］．此外，虚拟现实耳机由两个目镜组成，用于双目视觉。对于那些无法同时通过两个目镜看到东西的人，例如儿童，查看器的特定硬件配置可能会影响最终用户的体验。

这项研究的主要目的是确定使用虚拟现实头盔(Oculus Rift Development kit)的可行性，为计划接受质子辐射的患者提供放射肿瘤学设施的360度视频参观，这些患者有资格在没有全身麻醉的情况下接受放射治疗。第二目标是通过虚拟现实系统定性描述患者对360度视频导览的印象。

方法

设计

本单点研究完全按照费城儿童医院、宾夕法尼亚大学医院和俄勒冈健康与科学大学机构研究委员会的所有适用研究政策和程序进行。这项研究得到了费城儿童医院和宾夕法尼亚大学医院的机构审查委员会的批准。所有患者及家长均知情同意并同意参与研究。

研究对象及其父母或监护人在入组前提供知情同意和同意。这项概念验证研究评估了用虚拟现实耳机向儿科患者提供参观佩雷尔曼先进医学中心(费城，宾夕法尼亚州)罗伯茨质子治疗中心的可行性。

主题

参观结束后，受试者填写了一份问卷，以描述他们的体验(表1)．纳入标准:患者计划接受质子束放射治疗，年龄≥13岁，英语为主要语言。排除标准为晕车、癫痫发作、发育迟缓、幽闭恐怖症、有外科敷料的颅骨切口、头皮或可能与虚拟现实耳机接触的区域疼痛，或计划在全身麻醉下进行放射治疗。此外，有复视等视力损害的患者也被排除在入组之外。虚拟现实耳机可以与矫正镜片一起使用;因此，20/20的视力并不是先决条件。然而，接受放射治疗的儿童可能患有影响视力的神经和眼科疾病，在使用虚拟现实系统时可能会构成挑战。在三名患者完成方案后进行中期分析，并将方案进行到研究结束。如果三名受试者中有两名在临时分析时出现恶心、呕吐、头晕或任何其他症状等虚拟现实之旅的副作用，试验就会停止。主要终点是使用虚拟现实系统成功完成360度视频导览，随后完成问卷调查。

360度视频旅游和虚拟现实系统

一名研究人员向每位受试者演示了设备和耳机的使用。受试者随后将虚拟现实耳机戴在眼睛上，在一位具有儿科质子治疗经验的儿童生活治疗师的陪同下，体验辐射治疗设施的360度视频游览(图1)．儿童生活治疗师通过一台笔记本电脑(苹果公司的MacBook Pro, Cupertino, CA)控制360度视频回放，允许暂停和重放视频的特定部分。360度全景视频参观包括大楼入口、电梯、候车室、更衣室、走廊、质子治疗金库等，参观时间约5-7分钟。在完成360度视频之旅后，受试者完成了一份问卷，以描述他/她的经历。

设备

360度视频之旅是使用Oculus Rift Development Kit 2 (Oculus)和MacBook Pro(苹果公司)进行放映的。Oculus Rift头盔有泡沫护垫，有感染风险。根据医院对感染控制的建议，我们在泡沫垫上安装了尼龙罩(图2)．此外，头部绑带被固定以防止与受试者的皮肤接触(图2)．尼龙罩和Oculus Rift在使用期间用医院级消毒湿巾清洁过。镜片用一次性无纺布清洗。

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视频导览使用GoPro Hero 3 Silver Edition (GoPro, San Mateo, CA)和Kodak SP180 (Kodak, Rochester, NY)，并由儿童生活治疗师指导患者进行导览。使用Final Cut Pro (Version 10.3.1, Apple Inc)进行视频编辑。该视频使用Kolor Eyes 360 video Player for Mac版本1.4.1 (Kolor, Francin, France)显示[13］．视频播放器允许儿童生活治疗师在受试者使用Oculus Rift时在笔记本电脑上观看参观。

结果

共有8名受试者同意参与这项研究，其中6名受试者通过虚拟现实系统(表2)．有两个受试者没有回复调查。其中，一名受试者在旅游结束后一天试图填写调查问卷，但很难回忆起旅游的细节。所有开始参观的患者都能顺利完成。两名受试者要求暂停参观，花更多时间探索个别场景，并询问有关设施的问题。其中一名受试者暂停了三次，问了更多的问题。5名受试者表示，通过虚拟现实系统进行的360度视频游览是质子放射治疗的宝贵准备。受试者说，参观很有帮助，因为“它向[他们]展示了即将发生的事情”，而且看到“躺在机器里是什么样子”是很有用的。一名受试者说:“这让我感觉不那么紧张了。”当被问及旅行中是否有无益的部分时，四名受试者回答“没有”。 Two subjects said that the parts of the tour that were not helpful were the rooms that they were already familiar with, such as the changing room.

讨论

我们证明了通过虚拟现实系统将360度视频漫游纳入儿童质子治疗设施的患者定向是可行的。经历过参观的患者积极地描述了这次经历。所有登记的患者都能够完成360度视频漫游，并使用虚拟现实系统。360度视频导览和虚拟现实系统让患者体验到躺在质子治疗龙门架上的感觉，并以第一人称视角观看机器移动。一位患者表示:“(360度视频之旅)让我感觉不那么紧张了。”接受放射治疗的患者，特别是儿童和青少年，可能会感到焦虑，特别是在治疗开始前。

虚拟现实体验提供了改善患者体验的机会。儿童生活治疗师在指导患者完成这一过程中发挥着不可或缺的作用，最终使患者在每次放射治疗过程中免于接受全身麻醉。所述配置的一个优点是，患者和儿童生活治疗师同时查看视频片段。在这种情况下，儿童生活治疗师可以通过这种经历指导患者，并在出现问题时回答他们。儿童生活治疗师还可以看到孩子在看什么，并相应地回答问题，并引导孩子注意到可能错过的细节。此外，儿童生活治疗师能够暂停、倒带和恢复视频，以便有更多的时间进行讨论。在这项研究中，我们成功地将通过虚拟现实系统提供的360度视频导览引入到该领域的儿童生活治疗师的教育工具中，并正在探索在整个医院的其他应用。

360度视频参观和虚拟现实系统提供了一个独特的第一人称视角的辐射治疗室在一个中立的环境。此外，患者还可以体验躺在质子治疗机上，并观看机器的运行。五位病人强调，这是参观中最有价值的部分。360度视频参观还提供了质子治疗室的访问，而不会中断预定的治疗过程。质子治疗室的临床需求一直很高，患者在治疗开始前参观治疗室的机会有限。我们正在探索将虚拟现实漫游扩展到质子治疗中心以及医院其他部分的成年患者的方案。我们研究队列中的患者评论说，他们也想在虚拟现实中看到医院的其他部分。以患者为中心的虚拟现实沉浸体验有无限的可能性，旨在教育、缓解焦虑或镇痛。

这个360度视频之旅是专门为佩雷尔曼先进医学中心的罗伯茨质子治疗中心设计的。我们遇到的一个限制是旅行中使用的设备所特有的。Oculus Rift DK2的图像分辨率很低，看起来有点像素化。然而，该视频并不局限于虚拟现实观众，因为它可以与手机、平板电脑和电脑兼容。360度视频导览与大多数商用虚拟现实观众兼容。在这项研究中，我们根据设备制造商的建议，将虚拟现实之旅限制在年龄≥13岁的患者。这种年龄限制是由于目镜的固定位置和成年人瞳孔间距离的有限范围。年龄较小的儿童也可以使用该设备。然而，他们可能无法体验双目视觉或可能看到双重图像。事实上，多伦多的一个团队已经设计了“Childlife VR”应用程序，向患者介绍手术室，并通过使用通用谷歌纸板查看器成功地将其应用于年轻患者[14，15］．

Oculus Rift等虚拟现实设备是为个人使用而设计的;因此，它们可能不能很好地转化为临床环境，或者可能不符合医院传染病控制规范。Oculus Rift DK2有一个泡沫垫，与眼睛周围的面部接触，还有两条弹性头带，根据我们医院的规范，不容易清洗或消毒。医院传染病专家建议在泡沫垫上盖上防水罩，并用医院级消毒湿巾清洁。通用的一次性设备，如基于谷歌纸板模型的一次性纸板或纸张查看器，可以避免清洁问题[12］．但瓦楞纸板制作的观测器存在感染控制风险，不符合我院要求。

本研究中描述的设备配置非常耗时，需要一个清洁的工作表面来配置所有必要的设备，并且可能需要5到15分钟来设置。便携式虚拟现实技术发展迅速，新设备不断进入市场。虚拟现实之旅以数字视频文件的形式提供，并与任何商用虚拟现实查看器兼容，例如为移动电话或手持设备设计的手持虚拟现实查看器。市场上有很多选择，将来还会有更多选择。与此同时，除了市场上的任何虚拟现实设备或360度视频播放器外，还可以通过电脑或平板电脑等数字视频播放器提供360度视频旅游。

卫生保健提供者不断评估新兴技术，以改善患者护理和患者体验。虚拟现实技术正被广泛应用于消费者。这项技术在医疗保健的各种应用方面具有巨大潜力，例如协助医疗保健提供者向患者介绍医院环境和放射治疗等治疗领域。便携式虚拟现实技术正在迅速发展，其在医疗保健中的作用正在迅速演变。这项研究为在儿科临床环境中实施虚拟现实的可行性提供了一个例子，以补充儿童的生活努力，并消除对未知的恐惧。最后，360度视频导览和虚拟现实系统提供了进入由于高临床需求和快节奏日程安排而无法进入的临床区域的通道。随着虚拟现实技术的不断发展，医疗保健提供者理解其应用并改善患者体验的能力也将不断提高。